CN107796476A - 一种用于浓密机中料位和浓度测量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于浓密机中料位和浓度测量的装置，包括执行机构、检测机构和处理及显示机构，所述执行机构包括重锤、绕线轮、滑轮和伺服电机，检测机构包括杠杆、压力传感器和编码器，处理及显示机构包括PLC控制器和显示器；所述重锤与绳索的一端连接，绳索的另一端绕过滑轮后卷绕在绕线轮上，绕线轮与伺服电机传动连接，由伺服电机带动运转，所述滑轮连接在杠杆的一端，压力传感器连接在杠杆的另一端，所述编码器设置在绕线轮处，用于记录绕线轮转过的圈数，压力传感器和编码器均与PLC控制器连接，PLC控制器连接显示器。本发明可以同时对膏体浓密机中沉积层料位和物料浓度进行测量，结构设计合理，测量成本低。

Description

一种用于浓密机中料位和浓度测量的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于浓密机中料位和浓度测量的装置，以及采用上述装置进行浓密机中料位和浓度测量的方法，属于矿浆脱水时所形成沉积层的料位和浓度测量领域。

背景技术

浓密机是一种脱水设备被广泛用于冶金、化工、煤炭、非金属选矿、环保等行业，在选矿行业中被用于精矿和尾矿的处理。膏体浓密机则是在浓密机的基础上改进，结合了泥浆层过滤特性的一种新型脱水设备，其效率更高，产品质量更好。如图1所示，工作时矿浆从膏体浓密机的上部流入，从下部的底流口流出，最终在膏体浓密机中形成三个分层，分别是清水层、过渡层和沉积层。矿浆在过渡层发生物料与水的分离，密度较大的物料下降形成沉积层，水由于沉降作用往上走形成清水层，最终从溢流口排出。

浓密机中不同高度处物料的浓度不同，通过分析来看，清水层中没有物料；过渡层中随着深度的增加物料浓度略有增加，但增加的幅度不大且不稳定；沉积层中随着深度的增加物料浓度随之增加，且变化呈现一定的规律性。

膏体浓密机底流浓度是选矿厂中一个比较重要的指标，在工业生产中，需要实时监测底流浓度(底流口的浓度)，以保证底流浓度的稳定。从浓密机底流浓度与浓密机中沉积层的高度的关系可以看出，沉积层越高，浓密机底流的浓度也越大，如需要保证底流浓度的最低值就需要确保浓密机中的沉积层达到一定的高度，因而准确测量膏体浓密机中沉积层的高度对保证底流口浓度稳定极为重要。另外，测量膏体浓密机不同位置处物料的浓度也尤为必要，目前测量浓密机中不同位置处物料浓度的方法和设备也有很多，有的是将料浆从设备的侧向取出然后经设备检测分析，有的是利用某些高精度的设备来直接进行测量。这些方法对设备的要求都很高，导致测量的成本也比较高。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种用于浓密机中料位和浓度测量的装置及方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种用于浓密机中料位和浓度测量的装置，包括执行机构、检测机构和处理及显示机构，所述执行机构包括重锤、绕线轮、滑轮和伺服电机，检测机构包括杠杆、压力传感器和编码器，处理及显示机构包括PLC控制器和显示器；所述重锤与绳索的一端连接，绳索的另一端绕过滑轮后卷绕在绕线轮上，绕线轮与伺服电机传动连接，由伺服电机带动运转，所述滑轮连接在杠杆的一端，压力传感器连接在杠杆的另一端，所述编码器设置在绕线轮处，用于记录绕线轮转过的圈数，压力传感器和编码器均与PLC控制器连接，PLC控制器连接显示器。

优选的，所述重锤的内部中空，重锤包括上半部分锤体和下半部分锤体，上半部分锤体和下半部分锤体通过螺纹连接。

优选的，在上半部分锤体的顶端连接有吊环。

优选的，所述杠杆包括杆体和支点，在杆体的一端连接有调节杆，在杆体和调节杆上均间隔设置有固定孔，所述滑轮与杆体的一端连接，杆体的另一端与调节杆的一端通过螺栓连接，螺栓插入固定孔中，所述压力传感器连接在调节杆的另一端。

一种用于浓密机中料位和浓度测量的方法，采用上述的装置，步骤如下：

a料位测量

a1控制重锤下降，在重锤下降过程中编码器会实时记录绕线轮转过的圈数，然后将数据传送至PLC控制器，由PLC控制器转换成当前重锤所处的高度；

a2与此同时，压力传感器实时测量压力值；设计当压力传感器所测得的压力值达到设定值时，或者设计当压力传感器在一定时间间隔内所测得的前后压力值之差达到设定值时，重锤恰好处于浓密机中过渡层与沉积层的交界处位置，此时压力传感器给PLC控制器传递信号，PLC控制器控制伺服电机停转，并将编码器中的信号输出为此时重锤的高度值，同时在显示器上显示；沉积层的料位高度即为浓度机的高度减去此时重锤的高度值所得到的差值；

a3通过PLC控制器控制伺服电机反转回到原位，进而完成一个料位测量的过程；

b浓度测量

b1控制重锤下降，在重锤下降过程中编码器会实时记录绕线轮转过的圈数，然后将数据传送至PLC控制器，由PLC控制器转换成当前重锤所处的高度；

b2与此同时，压力传感器实时测量压力值；对重锤进行受力分析，重锤所受到的浮力为自身重力与压力传感器实时测量压力值的差值，浮力又与物料的密度呈正比关系，从而计算得出重锤所处物料层的密度，即通过PLC控制器得到不同高度处物料的浓度，并以表格或曲线的形式通过显示器显示。

优选的，根据浓密机中物料种类的不同，在重锤的内部装填不同质量的重物，以在保持重锤体积不变的情况下改变重锤的质量。

优选的，根据浓密机中物料种类的不同，通过调整杠杆，以放大或是缩小重锤处压力变化的情况，使得压力变化的信号一直处在压力传感器的合理可测范围之内。

本发明的有益技术效果是：

1、本发明可用于膏体浓密机中含有水固两相的矿浆等混合液体的相界面位置的测量，并可以同时对膏体浓密机中沉积层料位和物料浓度进行测量，虽然针对的测量环境比较复杂，但通过巧妙新颖的装置和方法设计，取得了测量精度高，且能够大幅度降低测量成本等有益效果。

2、本发明设计了杆杠机构，它能够根据浓密机中物料种类的不同放大或是缩小重锤处压力变化的情况，使得压力变化的信号一直处在压力传感器的合理可测范围之内，增加了传感器种类和大小的可选范围，为测量提供了很大的方便。

3、本发明装置中的重锤采用一种中空的设计，可以根据物料种类的不同或是需要重锤的质量发生变化的时候往里面添加其他介质而不会改变重锤的体积，使得重锤在同一密度的介质中所受的浮力为一常数，减小误差的存在；而且将重锤的质量设计成可变的，可以增大该装置的使用范围和场合，延长了装置的寿命。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为膏体浓密机的工作过程简单示意图；

图2为本发明装置的结构原理示意图；

图3为本发明装置中重锤的结构示意图。

具体实施方式

结合附图，一种用于浓密机中料位和浓度测量的装置，包括执行机构、检测机构和处理及显示机构，所述执行机构包括重锤1、绕线轮2、滑轮3和伺服电机8，检测机构包括杠杆4、压力传感器5和编码器9，处理及显示机构包括PLC控制器6和显示器7。所述重锤1与绳索10的一端连接，绳索10的另一端绕过滑轮3后卷绕在绕线轮2上，绕线轮2与伺服电机8传动连接，由伺服电机8带动运转。所述滑轮3连接在杠杆4的一端，压力传感器5连接在杠杆4的另一端，所述编码器9设置在绕线轮2处，用于记录绕线轮2转过的圈数，压力传感器5和编码器9均与PLC控制器6连接，PLC控制器6连接显示器7。

作为对本发明的进一步设计，所述重锤1的内部中空，重锤1包括上半部分锤体101和下半部分锤体102，上半部分锤体101和下半部分锤体102之间可拆卸，二者通过螺纹连接。在上半部分锤体101的顶端连接有吊环103，方便绳索10系挂。本发明装置的重锤采用中空的设计，可以根据不同的工作环境在不改变自身体积的情况下调整重锤本身的质量。由于体积不发生变化所以在测试时本身的浮力不会发生变化，在改变本身质量时不需要改变控制器的参数，增加了装置的适用范围。

更进一步的，所述杠杆4包括杆体401和支点402，在杆体401的一端连接有调节杆403，在杆体401和调节杆403上均间隔设置有固定孔404，所述滑轮3与杆体401的一端连接，杆体401的另一端与调节杆403的一端通过螺栓连接，螺栓插入固定孔中，所述压力传感器5连接在调节杆403的另一端。本发明装置设计的杠杆结构可以调整测量装置的灵敏度和测试范围，当工作环境发生变化时只需调整杠杆的长度即可，不需要担心压力的变化超出压力传感器的感知范围。

采用上述装置进行浓密机中料位和浓度测量的方法，大致步骤如下：

a料位测量

a1控制重锤1下降，在重锤1下降过程中编码器9会实时记录绕线轮2转过的圈数，然后将数据传送至PLC控制器6，由PLC控制器6转换成当前重锤1所处的高度。

a2与此同时，压力传感器5实时测量压力值。设计当压力传感器所测得的压力值达到设定值时(如设定值可设置为0)，或者设计当压力传感器在一定时间间隔内所测得的前后压力值之差达到设定值时(对于有些物料在过渡层与沉积层的交界处压力传感器所测得的压力值会有一个较明显的变化)，重锤1恰好处于浓密机中过渡层与沉积层的交界处位置，此时压力传感器5给PLC控制器6传递信号，PLC控制器6控制伺服电机8停转，并将编码器9中的信号输出为此时重锤的高度值，同时在显示器7上显示。沉积层的料位高度即为浓度机的高度减去此时重锤的高度值所得到的差值。

a3最后通过PLC控制器6控制伺服电机8反转回到原位，进而完成一个料位测量的过程。

b浓度测量

b1控制重锤下降，在重锤下降过程中编码器会实时记录绕线轮转过的圈数，然后将数据传送至PLC控制器，由PLC控制器转换成当前重锤所处的高度。

b2与此同时，压力传感器实时测量压力值；对重锤进行受力分析，重锤所受到的浮力为自身重力与压力传感器实时测量压力值的差值，浮力又与物料的密度呈正比关系，从而计算得出重锤所处物料层的密度，即通过PLC控制器得到不同高度处物料的浓度，并以表格或曲线的形式通过显示器显示。

上述方法中，可根据浓密机中物料种类的不同，在重锤的内部装填不同质量的重物，以在保持重锤体积不变的情况下改变重锤的质量。

上述方法中，可根据浓密机中物料种类的不同，通过调整杠杆，以放大或是缩小重锤处压力变化的情况，使得压力变化的信号一直处在压力传感器的合理可测范围之内。

下面对本发明进行料位及浓度测量的原理性内容进行补充说明：

料位测量原理：

膏体浓密机中不同位置上的物料的浓度是不同的，必然导致不同位置处物料的密度不同，因此同体积物体在膏体浓密机不同位置时所受浮力也是不同的。本发明装置的原理就是利用重锤在不同位置所受浮力不同来判断重锤所处的位置。重锤在膏体浓密机中受到自身重力、物料的浮力以及接在重锤上的拉力，此拉力由压力传感器获知。

在膏体浓密机中，对于有些物料的处理，当重锤处于清水中或是过渡层时其压力无变化；当重锤处于沉积层时其压力与深度的变化表现出一种线性的关系；在清水层与过渡层的交界处以及过渡层与沉积层的交界处时压力会有一个突变，且在过渡层与沉积层的交界处的突变比较大。出现突变是因为交界处两侧的料浆的密度是不相同且密度相差比较大，因而处在两侧时的浮力会有一个突变。

当从重锤中感受到的力产生比较大突变时，即可认为此时重锤所处的位置为过渡层和沉积层的交界处。可将此时的压力值或压力差值输入到plc控制器中，当压力值或压力差值达到此值时输出此时的重锤所走过的距离，则用浓密机的总高度减去重锤走过的距离就是浓密机中沉积层的高度。

浓度测量原理：

上述中已经提到重锤处于浓密机中不同位置时其压力和浓度均不相同。压力值的大小可以很容易通过压力传感器获得，因此考虑用压力的值来表征相应位置处的物料的浓度，此装置就是利用此原理来测量浓密机不同位置处的浓度。

在沉积层时由于浓度的大幅变化，重锤所感知的压力也会变化很大，本发明装置就是利用此现象将压力的变化信号利用plc控制器通过函数转化为相应的浓度的数值，具体的函数关系可以通过前期的试验确定然后输入到plc控制器当中，从而利用可测的压力变化来表征难测的物料浓度。

本发明装置是利用重锤在下落的过程中压力的变化来判断物料的料位或是物料的浓度的。在PLC控制器处有两个开关分别为料位开关和浓度开关。当处于料位开关时，重锤在下降的过程中显示器会显示当前重锤所处的高度，当重锤到达过渡层与沉积层的交界处时压力的变化达到最大，被压力传感器以电信号的形式传给PLC控制器，PLC控制器控制伺服电机停转，并将编码器中的信号输出为此时重锤的高度显示在显示器上，并控制伺服电机反转回到原位进而完成一个测量的过程，此过程可以测量浓密机中过渡层与沉积层交接处的位置。

当开关处于浓度位置时，在重锤下降的过程中，控制器会不断将编码器中的信号变成相应的高度信号，同时压力传感器将测得的压力数值传递至PLC控制器，并从显示器中输出，从而实现测定不同高度处物料的浓度。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所做出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于浓密机中料位和浓度测量的装置，其特征在于：包括执行机构、检测机构和处理及显示机构，所述执行机构包括重锤、绕线轮、滑轮和伺服电机，检测机构包括杠杆、压力传感器和编码器，处理及显示机构包括PLC控制器和显示器；所述重锤与绳索的一端连接，绳索的另一端绕过滑轮后卷绕在绕线轮上，绕线轮与伺服电机传动连接，由伺服电机带动运转，所述滑轮连接在杠杆的一端，压力传感器连接在杠杆的另一端，所述编码器设置在绕线轮处，用于记录绕线轮转过的圈数，压力传感器和编码器均与PLC控制器连接，PLC控制器连接显示器。

2.根据权利要求1所述的一种用于浓密机中料位和浓度测量的装置，其特征在于：所述重锤的内部中空，重锤包括上半部分锤体和下半部分锤体，上半部分锤体和下半部分锤体通过螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于浓密机中料位和浓度测量的装置，其特征在于：在上半部分锤体的顶端连接有吊环。

4.根据权利要求1所述的一种用于浓密机中料位和浓度测量的装置，其特征在于：所述杠杆包括杆体和支点，在杆体的一端连接有调节杆，在杆体和调节杆上均间隔设置有固定孔，所述滑轮与杆体的一端连接，杆体的另一端与调节杆的一端通过螺栓连接，螺栓插入固定孔中，所述压力传感器连接在调节杆的另一端。

5.一种用于浓密机中料位和浓度测量的方法，采用如权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于步骤如下：

a料位测量

a1控制重锤下降，在重锤下降过程中编码器会实时记录绕线轮转过的圈数，然后将数据传送至PLC控制器，由PLC控制器转换成当前重锤所处的高度；

a2与此同时，压力传感器实时测量压力值；设计当压力传感器所测得的压力值达到设定值时，或者设计当压力传感器在一定时间间隔内所测得的前后压力值之差达到设定值时，重锤恰好处于浓密机中过渡层与沉积层的交界处位置，此时压力传感器给PLC控制器传递信号，PLC控制器控制伺服电机停转，并将编码器中的信号输出为此时重锤的高度值，同时在显示器上显示；沉积层的料位高度即为浓度机的高度减去此时重锤的高度值所得到的差值；

a3通过PLC控制器控制伺服电机反转回到原位，进而完成一个料位测量的过程；

b浓度测量

b1控制重锤下降，在重锤下降过程中编码器会实时记录绕线轮转过的圈数，然后将数据传送至PLC控制器，由PLC控制器转换成当前重锤所处的高度；

b2与此同时，压力传感器实时测量压力值；对重锤进行受力分析，重锤所受到的浮力为自身重力与压力传感器实时测量压力值的差值，浮力又与物料的密度呈正比关系，从而计算得出重锤所处物料层的密度，即通过PLC控制器得到不同高度处物料的浓度，并以表格或曲线的形式通过显示器显示。

6.根据权利要求5所述的一种用于浓密机中料位和浓度测量的方法，其特征在于：根据浓密机中物料种类的不同，在重锤的内部装填不同质量的重物，以在保持重锤体积不变的情况下改变重锤的质量。

7.根据权利要求5所述的一种用于浓密机中料位和浓度测量的方法，其特征在于：根据浓密机中物料种类的不同，通过调整杠杆，以放大或是缩小重锤处压力变化的情况，使得压力变化的信号一直处在压力传感器的合理可测范围之内。